[发明专利]一种金属锂电池用集流体、负极及其制备和应用

权利要求书

1.一种金属锂电池用集流体，其特征在于：包括平面金属集流体，所述的平面金属集流体带有第一表面和第二表面；

所述的平面金属集流体上设置有多个贯穿第一表面和第二表面且彼此独立的孔道，孔道的横截面呈矩形；

平面金属集流体第一表面和/或第二表面的金属上复合有绝缘层A，

孔道中的任意相对的两个表面的金属上复合有绝缘层B。

2.如权利要求1所述的金属锂电池用集流体，其特征在于：所述的平面金属集流体为金属箔，其材料为铜、钛、镍、铁、铬中的至少一种；

优选地，所述的平面金属集流体的厚度为5～500μm；优选为15～100μm；

优选地，孔隙率为10～90％；优选为30～80％；进一步优选为40～60％。

3.如权利要求1所述的金属锂电池用集流体，其特征在于：所述的孔道垂直于平面金属集流体的表面。

4.如权利要求1所述的金属锂电池用集流体，其特征在于：所述的孔道具有光滑表面；

优选地，孔道中的面积大的两个表面的金属上复合有绝缘层B。

5.如权利要求1所述的金属锂电池用集流体，其特征在于：孔道的宽度为1～30μm，长度为3～50μm；

优选地，孔道的长、宽比为1～5∶1；优选为1.5～3∶1。

6.如权利要求1～5任一项所述的金属锂电池用集流体，其特征在于：所述的绝缘层A、B的材料独自为聚乙烯醇、聚四氟乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚丁烯、聚异丁烯、聚偏氯乙烯、聚偏氟乙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚苯乙烯中的至少一种；

绝缘层A的厚度为所述的平面集流体后的0.0001～0.006倍；优选为0.02～3μm；优选地为0.05～2μm；进一步优选为0.1～0.5μm；

绝缘层B的厚度小于孔道的宽度的0.001～0.05倍，优选为0.02～1.5μm；优选地为0.05～1.2μm；进一步优选为0.1～0.5μm。

7.一种权利要求1～6任一项所述的金属锂电池用集流体的制备方法，其特征在于：通过聚焦离子束刻蚀方法，在所述的平面金属集流体上刻蚀形成所述的孔道；随后涂覆绝缘层的聚合物，形成绝缘层A和B；制得所述的金属锂电池用集流体；

优选地，刻蚀电压为3～40kV；优选为5～30kV；

优选地，刻蚀时间为0.2～10h；优选为0.5～7h；进一步优选为1～4h。

8.一种二次锂电池的金属锂负极，其特征在于：包括权利要求1～6任一项所述的集流体或权利要求7制得的集流体，以及填充在集流体孔道内的金属锂；

金属锂的含量为12～88vol.％，优选为32～78vol.％。

9.一种权利要求8所述的二次锂电池的金属锂负极的制备方法，其特征在于：通过电沉积或熔融方法向集流体孔道内填充金属锂，制得所述的金属锂负极；

优选地，通过电沉积向孔道内填充金属锂；

优选地，电沉积步骤为：将所述的集流体作为工作电极，锂片作为对电极，在包含锂盐的有机溶剂中进行电沉积；

电沉积金属锂量为2～12mAh/cm2；进一步优选为5～8mAh/cm2。

10.一种权利要求8所述的金属锂负极，或权利要求9制备方法制得的金属锂负极的应用，其特征在于：将其作为负极，和正极、隔膜以及电解液组装得到锂金属电池；

优选地，所述的锂金属电池为锂硫电池、锂碘电池、锂硒电池、锂碲电池、锂氧气电池或锂二氧化碳电池。